引言2006~2013年，我国民用建筑竣工面积快速增长，从每年14 亿m2左右稳定增长至2014年超过25 亿m2[1]。自2014年至今，我国民用建筑每年的竣工面积基本稳定在25 亿m2左右，并且自2015年起已经连续多年小幅下降。全国拆除建筑面积从2006年3 亿m2快速增长，最终稳定在每年15 亿m2左右。由于我国处于城镇化建设时期，建筑和基础设施建造能耗与排放仍然是全社会能耗与排放的重要组成部分，建造能耗占全社会的比例高于全球整体水平，也高于已经完成城镇化建设期的经济合作与发展组织（OECD）国家[2]。但与OECD国家相比，我国建筑运行能耗与碳排放占比仍较低。目前我国缺少居住建筑气密性与建筑能耗、室内热舒适等因素的详细研究，大多数规范要求的数值都是依据国外相关规范规定，有些地方不适合我国的具体情况。本研究对我国严寒地区现有居住建筑气密性与室内热舒适之间的关系进行详细研究，对我国新建居住建筑和老旧小区改造起指导作用。1建筑气密性1.1建筑气密性评价指标目前常用的建筑气密性评价指标包括换气次数指标、围护结构单位面积空气渗透量指标及单位地板面积空气渗透量指标[3]。研究过程中采用50 Pa压差条件下的气密性评价指标进行模拟分析。其中，换气次数指标计算方式如下：YACHΔp=QΔpV （1）式中：YACHΔp——当围护结构内外压差为Δp时被测建筑的换气次数，次/h；QΔp——当围护结构内外压差为Δp时通过建筑围护结构缝隙的空气流量，m3/h；V——被测建筑体积，m3。用ACH50表示当被测建筑围护结构内外压差为50 Pa时的换气次数。单位围护结构面积空气渗透量指标[4]计算方法如下：QΔp,e'=QΔpA （2）式中：QΔp,e'——当围护结构内压差为Δp时围护结构单位面积的空气渗透量，m3/(m2·h)；A——被测建筑的内表面积，m2。Q50,e'表示当建筑围护结构内外压差50 Pa时，围护结构单位面积的空气渗透量。单位地板面积上的空气渗透量指标QΔp,f'就是将式（2）中的建筑内表面及换成地板面积所得。Q50,f'表示当建筑围护结构内外压差为50 Pa时，单位地板面积的空气渗透量。1.2建筑气密性相关标准通过对世界上众多建筑围护结构气密性测试方法进行归纳的基础上，国际标准化组织（ISO）对建筑气密性测试方法统一规定，形成国际通用的建筑围护结构气密性测试方式标准[5]。欧盟EN 13829和美国ASTME 779标准对ISO 9972进行完善[6]，制定更为细致的建筑气密性测试过程。当前世界上使用欧洲ISO 9972和美国ASTME 779标准中规定的建筑气密性测试方法的较多。我国暂未推行针对居住建筑气密性具体的国家标准，仅在相关标准中针对门窗气密性进行要求[7]。在《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》和《公共建筑节能设计标准》中为降低建筑由于冷风渗透产生的能耗[8]，对门窗气密性等级进行相应的要求。为满足室内人员对新风需求量，我国标准规定在严寒地区居住建筑换气次数下限0.5 次/h。2室内热舒适2.1室内热舒适评价指标Fanger提出热舒适方程式，该方程式体现人体热舒适与皮肤温度、所期望排汗率之间的关系[9]。后期在此基础之上，进一步提出预测人体热感觉的PMV指标，具体表现形式如下：L=H-3.054×(5.765-0.007H-Pa)-0.42×(H-58.15)-
0.017 3M×(5.87-Pa)-0.001 4M×(34-ta)-
3.9×10-8fcl(Tcl4-Tr4)-fclhc×(tcl-ta) （3）式中：L——人体热负荷率，即人体的热率与散热率之差，W/m2；H——人体净得热率，W/m2；M——人体新陈代谢率，W/m2；Pa——水蒸气分压力，kPa；ta——空气温度，℃；fcl——服装面积系数，%；Tr——环境的平均辐射温度，K；hc——对流换热系数，W/（m2·℃）；Tcl——着装人体表面平均温度，K；tcl——着装人体表面平均温度，℃。YPMV=0.303e-0.036M+0.027 5L （4）当YPMV为0时，一部分人对所在环境感到不舒适，针对这种情况，Fanger再次提出可以预测人们对环境不满意百分比的指标——PPD[10]，具体表达形式如下：YPPD=100-95e-0.033 53PMV4+0.217 9PMV2 （5）式中：当90%以上的人对所处热环境感到满意时，PMV取值-0.5~0.5之间。2.2室内热舒适相关标准ASHRAE—1992标准中针对不同季节热舒适温度范围进行规定，包括对不同季节条件下的温度、湿度、风速和服装热阻的规定[11]。但是，通过大量试验数据对比，实际生活中人们对舒适温度范围的需求与规范中定义的不同。人们的热舒适温度会随着人员所处的环境进行改变，在环境较为寒冷时，舒适温度范围相对较低；而在环境较为炎热时，人体热舒适温度范围相对较高。这种结果说明人的主观性和客观环境对热舒适温度范围有影响。ISO 7730标准中对不同季节舒适温度范围、平均风速和服装热阻进行规定[12]，标准中规定，冬季室内温度不低于20 ℃，夏季室内温度不高于26 ℃。但是该标准仅适用于人员处在坐姿或从事轻体力活动的情况。而且该标准没有考虑不同地域、不同气候、不同国家的差异性，适用范围有待进一步探究。目前各国学者通过不同国家、不同地区进行现场试验，对该规范进行地域化修正。《采暖通风与空气调节设计规范》（GB 50019—2003）是我国室内热舒适规定标准[13]，根据空调房间内环境参数的要求提出。不同季节室内设计温度的变化对房间热舒适性产生直接影响。3建筑气密性与室内热舒适模拟3.1模型参数设置模拟地点位于辽宁省沈阳市，沈阳市地理位置和气象参数来自Energy Plus官方网站，导入Design Builder安装文件夹内对应位置即可在软件中直接使用。沈阳市在我国气候区划分中属于严寒1C区，模型中围护结构各项参数均参考《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 26—2018）中对应项的最低限值设置[14]，严寒C区（1C区）外围护结构热工性能参数限值如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.001.T001表1严寒C区（1C区）外围护结构热工性能参数限值围护结构部位传热系数/［W/（m2·K）］≤3层≥4层屋面0.200.20外墙0.300.40架空或外挑楼板0.300.40外窗窗墙面积比≤0.301.62.00.30＜窗墙面积比≤0.451.41.8屋面天窗1.6周边地面1.801.80地下室外墙（与土壤接触的外墙）2.002.00模拟过程中住宅内人员室内活动水平设置为1.0 met，冬季室内着装热阻设置为1.0 clo，夏季室内着装热阻设置为0.45 clo。室内采暖温度设置为不少于18 ℃，湿度范围设置为30%~70%。冬季采暖形式为热电厂集中供热，末端设备为地热盘管，楼梯间无采暖设备，供热系统热源选用煤炭，冬季供暖时间从10月末开始至次年3月末结束。3.2建立参照模型本次模拟采用Design Builder软件，以沈阳市某小区一户住宅为模拟对象，模型的各项物理量参数包括墙体、门、窗等围护结构，长度和高度等均根据实测数据设置，建成单元楼整体效果如图1所示。模拟住宅户型图如图2所示，主要模拟房间模型图如图3所示。卧室1为南向房间，卧室2为北向房间。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.001.F001图1建筑模型整体效果图10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.001.F002图2模拟住宅户型图10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.001.F003图3主要模拟房间模型图3.3模拟结果3.3.1冬季工况沈阳冬季持续时间大约6个月，从当年10月开始一直持续到次年3月[15]。模拟开始时间设为12月5日，终止时间设为12月30日，该时段作为冬季典型时段具有代表性。各房间气密性模拟结果如下：（1）卧室1。卧室1冬季不同气密性等级条件下，室内热舒适性指标PMV变化情况如图4所示，室内热舒适性指标PPD变化情况如图5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.001.F004图4卧室1冬季PMV折线图10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.001.F005图5卧室1冬季PPD折线图冬季工况下，随建筑气密性等级提高，室内热舒适性变化幅度越来越大。当建筑气密性指标0.1≤ACH50≤0.7时，室内热舒适性评价指标PMV和PPD的平均值变化幅度比较剧烈。当ACH50=0.1时，预测平均热感觉投票数PMV平均值-0.64，预测不满意百分比PPD平均值13.66%；当ACH50=0.7时，预测平均热感觉投票数PMV平均值-0.66，预测不满意百分比PPD平均值14.39%。当建筑气密性指标0.7≤ACH50≤1时，室内热舒适性评价指标PMV和PPD平均值变化幅度减缓。当ACH50=1时，预测平均热感觉投票数PMV平均值-0.67，预测不满意百分比PPD平均值14.39%。当建筑气密性指标1≤ACH50≤7时，室内热舒适性评价指标PMV和PPD平均值变化幅度相对平稳。当ACH50=7时，预测平均热感觉投票数PMV平均值-0.79，预测不满意百分比PPD平均值18.51%。（2）卧室2。卧室2冬季不同气密性等级条件下，室内热舒适性指标PMV变化情况如图6所示，室内热舒适性指标PPD变化情况如图7所示。冬季工况下，随建筑气密性等级不断提高，室内热舒适性变化非常显著。当建筑气密性指标0.1≤ACH50≤0.7时，室内热舒适性评价指标PMV和PPD平均值变化非常剧烈。当ACH50=0.1时，预测平均热感觉投票数PMV平均值-1.15，预测不满意百分比PPD平均值34.36%；当ACH50=0.7时，预测平均热感觉投票数PMV平均值-1.17，预测不满意百分比PPD平均值35.08%。当建筑气密性指标0.7≤ACH50≤1时，室内热舒适性评价指标PMV和PPD平均值变化相对平缓。当ACH50=1时，预测平均热感觉投票数PMV平均值-1.18，预测不满意百分比PPD平均值35.41%。当建筑气密性指标1≤ACH50≤7时，室内热舒适性评价指标PMV和PPD平均值变化幅度又开始逐渐加强。当ACH50=7时，预测平均热感觉投票数PMV平均值-1.26，预测不满意百分比PPD平均值39.46%。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.001.F006图6卧室2冬季PMV折线图10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.001.F007图7卧室2冬季PPD折线图3.3.2夏季工况沈阳夏季持续时间大约4个月，从5月开始一直持续到9月。模拟开始时间设为7月5日，终止时间设为7月30日，该时段作为夏季典型时段具有代表性。各房间气密性模拟结果如下：（1）卧室1。卧室1夏季不同气密性等级条件下，室内热舒适性指标PMV变化情况如图8所示，室内热舒适性指标PPD变化情况如图9所示。夏季工况下，随着建筑气密性等级不断提高，室内热舒适性变化非常显著。当建筑气密性指标0.1≤ACH50≤1时，室内热舒适性评价指标PMV和PPD平均值变化的幅度相对较大。当ACH50=0.1时，预测平均热感觉投票数PMV平均值0.50，预测不满意百分比PPD平均值10.43%；当ACH50=0.7时，预测平均热感觉投票数PMV平均值0.51，预测不满意百分比PPD平均值10.71%；当ACH50=1时，预测平均热感觉投票数PMV平均值0.52，预测不满意百分比PPD平均值10.84%。当建筑气密性指标在1≤ACH50≤7时，室内热舒适性评价指标PMV和PPD平均值变化幅度逐渐平稳。当ACH50=7时，预测平均热感觉投票数PMV平均值0.58，预测不满意百分比PPD平均值12.50%。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.001.F008图8卧室1夏季PMV折线图10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.001.F009图9卧室1夏季室PPD折线图（2）卧室2。卧室2夏季不同气密性等级条件下，室内热舒适性指标PMV变化情况如图10所示，室内热舒适性指标PPD变化情况如图11所示。夏季工况下，随着建筑气密性等级不断提高，室内热舒适性变化比较明显。当建筑气密性指标0.1≤ACH50≤1时，室内热舒适性评价指标PMV和PPD平均值变化幅度相对较大。当ACH50=0.1时，预测平均热感觉投票数PMV平均值0.28，预测不满意百分比PPD平均值6.22%；当ACH50=0.7时，预测平均热感觉投票数PMV平均值0.30，预测不满意百分比PPD平均值6.28%；当ACH50=1时，预测平均热感觉投票数PMV平均值0.30，预测不满意百分比PPD平均值6.31%。当建筑气密性指标在1≤ACH50≤7时，室内热舒适性评价指标PMV和PPD平均值变化幅度逐渐趋于平稳。当ACH50=7时，预测平均热感觉投票数PMV平均值0.37，预测不满意百分比PPD平均值6.69%。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.001.F010图10卧室2夏季PMV折线图10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.001.F011图11卧室2夏季PPD折线图3.3.3过渡季工况沈阳过渡季持续时间较短，春季一般从每年4月持续到5月，秋季一般从每年9月持续到10月。模拟开始时间设为10月5日，终止时间设为10月30日，该时段作为过渡季典型时段具有代表性。各房间气密模拟结果如下：（1）卧室1。卧室1过渡季节不同气密性等级下，室内热舒适性指标PMV变化情况分别如图12所示，室内热舒适性指标PPD变化情况如图13所示。过渡季工况下，随着建筑气密性等级不断提高，室内热舒适性变化比较明显。当建筑气密性指标0.1≤ACH50≤1时，室内热舒适性评价指标PMV和PPD平均值变化幅度相对较大。当ACH50=0.1时，预测平均热感觉投票数PMV平均值0.51，预测不满意百分比PPD平均值12.34%；当ACH50=0.7时，预测平均热感觉投票数PMV平均值0.48，预测不满意百分比PPD平均值11.71%；当ACH50=1时，预测平均热感觉投票数PMV平均值0.46，预测不满意百分比PPD平均值11.51%。当建筑气密性指标在1≤ACH50≤7时，室内热舒适性评价指标PMV和PPD平均值变化逐渐趋于平缓。当ACH50=7时，预测平均热感觉投票数PMV平均值0.29，预测不满意百分比PPD平均值9.63%。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.001.F012图12卧室1过渡季室PMV折线图10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.001.F013图13卧室1过渡季PPD折线图（2）卧室2。卧室2过渡季节不同气密性等级下，室内热舒适性指标PMV变化情况如图14所示，室内热舒适性指标PPD变化情况如图15所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.001.F014图14卧室2过渡季PMV折线图10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.001.F015图15卧室2过渡季PPD折线图过渡季工况下，随着建筑气密性等级不断提高，室内热舒适性的变化比较明显。当建筑气密性指标0.1≤ACH50≤0.7时，室内热舒适性评价指标PMV和PPD平均值变化幅度逐渐平稳。当ACH50=0.1时，预测平均热感觉投票数PMV平均值-0.26，预测不满意百分比PPD平均值9.59%；当ACH50=0.7时，预测平均热感觉投票数PMV平均值-0.27，预测不满意百分比PPD平均值9.80%。当建筑气密性指标0.7≤ACH50≤1时，室内热舒适性评价指标PMV和PPD平均值变化幅度提高。当ACH50=1时，预测平均热感觉投票数PMV平均值-0.28，预测不满意百分比PPD平均值9.90%。当建筑气密性指标在1≤ACH50≤7时，室内热舒适性评价指标PMV和PPD平均值变化的幅度再次趋于平稳。当ACH50=7时，预测平均热感觉投票数PMV平均值-0.38，预测不满意百分比PPD平均值11.42%。4结语对严寒地区居住建筑气密性同室内热舒适的模拟分析，通过对冬季、夏季、过渡季3种工况下室内典型房间的模拟结果进行对比，得出以下结论：（1）冬季工况下，室内热舒适性都随着建筑气密性等级的上升而不断提高，变化幅度逐渐增大。冬季工况下，北向房间室内热舒适性随气密性的变化范围比南向房间大。（2）夏季工况下，室内热舒适性也随着建筑气密性等级的上升而不断提高，变化幅度逐渐增大，室内热舒适性指标相对冬季变化范围小，说明夏季建筑气密性等级提升对室内热舒适性的影响没有冬季明显。（3）过渡季工况下，室内热舒适性随着建筑气密性等级的上升而不断下降，变化幅度趋于线性，但与冬季和夏季相比，热舒适性指标变化范围较小，说明过渡季建筑气密性等级的提升对室内热舒适性的影响没有冬季和夏季明显。